柯琦 张福元 李爱泉 廖琪男

摘 要： 为了提高加密系统密钥安全性，获得更好的扩散性能，提高算法运行效率，提出一种基于仿射密码的并行图像加密算法。利用Lorenz混沌序列对像素位置进行置乱；引入古典密码学中的仿射密码进行像素值扩散和像素值混淆；利用多核计算机多个核心并行计算，将图像分块后并行加密。实验结果表明，仿射加密算法密钥空间大、安全性强、扩散性和扰乱性效果好、算法运行效率高，且仿射密码加密比异或加密扩散效果更好。

关键词： 仿射密码； 图像加密； 像素扩散； 像素混淆； 并行计算； 多核计算机

中图分类号： TN911.73?34； TP309 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）22?0178?04

Abstract： A parallel image encryption algorithm based on the affine cipher is proposed to improve the key security of the encryption system， obtain better diffusion performance， and improve the running efficiency of the algorithm. The Lorenz chaos sequence is used to scramble pixel positions. The affine cipher in classical cryptograph is introduced to diffuse and confuse pixel values. The multi?core parallel computing of the multi?core computer is adopted to divide images into blocks for parallel encryption. The experimental results show that the affine encryption algorithm has large key space， strong security， good diffusion and disturbance performances， and high operation efficiency， and the affine cipher encryption has a better diffusion effect than the XOR encryption.

Keywords： affine cipher； image encryption； pixel diffusion； pixel confusion； parallel computing； multi?core computer

0 引 言

数字图像加密越来越受重视，研究不断更新。图像加密方法利用混沌系统[1]生产随机性好的序列为像素位置置换获得很好的置乱效果。文献[2]提出基于数据加密标准算法和Logistic混沌映射图像加密算法。文献[3]提出高维混沌映射的图像加密算法。很多图像加密算法在像素扩散时采用异或操作[4?7]，但异或加密的扩散效果并不好，抵御明文攻击性能差。文献[8?9]提出相对复杂加密性好的算法，其计算复杂且效率低。大数据时代，若加密图像数量大，算法运行效率至关重要。现今普遍为2核及以上的多核计算机，但图像加解密算法很少利用多核计算机设计并行程序提高运行效率。因此本文利用Lorenz混沌序列，引入仿射密码，采用多核计算机多个处理核心并行执行，设计基于仿射密码高效的并行图像加密算法。……